不同基因型菠蘿蜜種質(zhì)資源揮發(fā)性香氣成分分析

賀書珍 吳剛 張彥軍 徐飛 朱科學 譚樂和

摘 ?要 ?以馬來西亞1號菠蘿蜜、XYS17菠蘿蜜、XYS18菠蘿蜜和榴蓮蜜為材料，采用HS-SPEM-GC-MS進行測定分析，以期揭示不同基因型菠蘿蜜資源香氣成分組成差異，為資源創(chuàng)新利用提供理論依據(jù)。結果表明：4種不同基因型菠蘿蜜資源共鑒定出66種香氣物質(zhì)，異戊醇、月桂醛、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、乙酸異戊酯、異戊酸丙酯等9種共有香氣成分相對含量存在極顯著差異。PCA分析表明，馬來西亞1號主要香氣成分為3-甲基丁酸戊酯、乙酸丁酯、乙酸異戊酯、異戊酸丁酯和3-甲基丁酸-2-甲基丁酯，XYS17主要香氣成分為異戊酸丁酯、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、3-甲基丁酸戊酯、醋酸辛酯和癸醛，XYS18主要香氣成分為異戊酸乙酯、異戊酸丁酯、丁酸乙酯、異戊酸甲酯和正辛醛，而榴蓮蜜主要香氣成分為異戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、異戊酸乙酯和異戊酸異戊酯。不同基因型菠蘿蜜香氣成分物質(zhì)組成及含量存在一定差異，為今后新品種選育和優(yōu)異資源開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

關鍵詞 ?菠蘿蜜;種質(zhì)資源;香氣成分;香氣分析

中圖分類號 ?S667.8 ?????文獻標識碼 ?A

Abstract ?The Malaysia No.1， XYS17， XYS18 and Liulianmi jackfruit accessions were used as materials to evaluate the difference of characteristic aroma compounds. The aromatic profile of different genotypes can provide a theoretical foundation for future breeding program. Headspace solid-phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS） were used to analyze the aromatic profile of different jackfruit accessions. Sixty-six aroma compounds were identified in the jackfruit accessions. These four genotypes shared 9 aromatic substances， and showed significant difference in the relative contents， such as 3-methyl-1-butanol， dodecanal， 2-methylbutyl isovalerate， isoamyl acetate， and propyl isovalerate. Malaysia No.1 was characterized by high contents of n-amyl isovalerate， and esters （benzyl acetate）， butyl acetate， isoamyl acetate， isobutyl isovalerate， and 2-methylbutyl isovalerate， XYS17 has high contents of isobutyl isovalerate， 2-methylbutyl isovalerate， n-amyl isovalerate， octyl acetate， and decanal， XYS18 has high contents of ethyl isovalerate， butyl isovalerate， ethyl butyrate， methyl isovalerate， and octanal， Liulianmi accession has exhibited contents of 3-methyl-1-butanol， 2-methyl-1butanol， 2-methylbutyl isovalerate， ethyl isovalerate， and 3-methylbutyl 3-methylbutanoate. These results will provide reference for breeding of new verities and exploiting of outstanding jackfruit germplasm in the future.

Keywords ?jackfruit （Artocarpus heterophyllus）; germplasm; aroma compositions; aroma analysis

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.07.009

菠蘿蜜（Artocarpus heterophyllus Lam.）為桑科（Moraceae）菠蘿蜜屬（Artocarpus）熱帶果樹，素有“熱帶水果之王”、“熱帶木本糧”、“齒留香”之美譽[1]。其果肉富含糖類、果膠、膳食纖維及微量元素等營養(yǎng)成分[2-4]，且香氣四溢，甘甜爽脆，具有生津、止渴、醒酒、益氣、助消化之功效[5]，除鮮食外，還是制作冰激凌、果酒和脆片等的優(yōu)質(zhì)原料[6-10]。菠蘿蜜原產(chǎn)印度[1， 11]，目前在緬甸、泰國、斯里蘭卡、印度尼西亞、菲律賓等熱帶國家均有栽培。中國引入菠蘿蜜已有1000多年歷史[12]，現(xiàn)廣泛栽培于海南和廣東一帶，且廣西、福建、云南和四川南部以及中國臺灣地區(qū)均有零星栽培。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國菠蘿蜜種植面積約1.67萬?hm2，其中海南省1.33萬?hm2左右[1]。作為一種深受人們喜愛的熱帶水果和具有重要用途的熱帶農(nóng)產(chǎn)品，菠蘿蜜對于發(fā)展熱帶經(jīng)濟，提高邊遠地區(qū)農(nóng)民收入和生活水平具有重要意義。

菠蘿蜜的香氣成分是影響菠蘿蜜產(chǎn)品品質(zhì)的主要因素，也是菠蘿蜜品種選育的重要目標性狀之一。相關研究表明，菠蘿蜜香氣主要由酯類、醇類、酸類、醛類、酮類和萜烯類等化合物組成[13-15]。李洪波等[16]采用頂空固相微萃取和GC-MS聯(lián)用技術對干苞和濕苞菠蘿蜜品種香氣成分鑒定表明，兩者香氣存在較大差異。干苞果實主要香氣成分為戊酸-2-甲基丁酯（31.87%）、2-甲基-丁酸-己酯（23.59%）、異戊酸乙酯（10.92%）、乙酸丁酯（3.33%）、丁酸丁酯（3.16%）和己酸丁酯（3.13%），而濕苞果實主要香氣成分為2-甲基-丁酸-己酯（29.80%）、異戊酸乙酯（21.47%）、戊酸-2-甲基丁酯（21.40%）、乙酸丁酯（3.451%）。賀書珍等[17]對菠蘿蜜果實成熟過程中香氣成分組成及變化規(guī)律的研究表明，異戊酸乙酯、乙酸異戊酯、異戊酸異戊酯和3-甲基丁酸-2-甲基丁酯是構成成熟菠蘿蜜香氣的主要成分，異戊酸乙酯是鑒定菠蘿蜜的標志性化合物。目前，大部分研究側重于菠蘿蜜香氣成分的鑒定，而關于不同基因型菠蘿蜜種質(zhì)資源及其果實前體香氣成分的鑒定研究鮮見報道。為了解不同基因型菠蘿蜜資源香氣成分的組成差異，本研究以馬來西亞1號菠蘿蜜（瓊引1號）、XYS17菠蘿蜜、XYS18菠蘿蜜和榴蓮蜜資源為材料，采用頂空固相微萃取和GC-MS技術分析果實中的香氣成分，旨在為菠蘿蜜優(yōu)異資源選育和開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?材料 ?供試樣品為馬來西亞1號菠蘿蜜、xys17菠蘿蜜、xys18菠蘿蜜和榴蓮蜜4份不同基因型種質(zhì)資源（圖1），采自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院香料飲料研究所菠蘿蜜種植試驗基地，榴蓮蜜（尖蜜拉）Artocarpus champeden Spreng和菠蘿蜜同為菠蘿蜜屬特色果樹，在此作為菠蘿蜜特色資源保存及研究。

1.1.2 ?儀器 ?DS-1高速組織破碎機，上海標本模型廠;Aglient-7890A/5975氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國安捷倫公司;固相微萃取手動進樣手柄57330-U，美國Supelco公司;50/30?μm DVB/CAR- PDMS固相微萃取頭，美國Supelco公司。

1.2 ?方法

萃取條件：精確稱取菠蘿蜜樣品2?g置于20?mL頂空瓶中，加蓋密封，置于40?℃水浴平衡10?min，使用固相微萃取裝置萃取30?min，于氣相色譜進樣口250?℃解析5 min。

GC/MS分析條件：Aglient-7890A氣相色譜儀，DB-5MS毛細管色譜柱（30?m0.25?mm 0.25?μm），進樣口溫度250?℃。初始柱溫40?℃;1.5?℃/min 升至90?℃，保留1?min;35?℃/min升至250?℃，保留2 min。載氣He，流速1 mL/min。

MS條件：電離方式EI，電子能量70 eV，傳輸線溫度280?℃，離子源溫度230?℃，MS四極桿溫度150?℃，掃描質(zhì)量數(shù)35～500 amu。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

各揮發(fā)性香氣成分質(zhì)譜圖經(jīng)與NIST 2014譜庫檢索比對，采用保留指數(shù)（retention index，RI）值比對方法輔助定性，同時參考文獻[14， 17]進行定性;采用峰面積歸一化法進行菠蘿蜜揮發(fā)性香氣成分各組分的相對含量計算。

2 ?結果與分析

2.1 ?不同基因型菠蘿蜜果實揮發(fā)性香氣成分種類分析

根據(jù)馬來西亞1號、XYS17、XYS18和榴蓮蜜果實揮發(fā)性香氣成分的總離子流圖（圖2），經(jīng)組分譜庫檢索和相關資料分析，檢測出66種揮發(fā)性香氣化合物，屬于萜烯類、酮類、醇類、酸類、酯類和醛類6類。其中，馬來西亞1號果實中含有4類、44種香氣成分，酯類成分占其香氣成分種類的79.54%，醛類13.64%，醇類4.55%，酸類2.27%;在XYS17果實中，含有6類、48種香氣成分，酯類成分占其香氣成分種類的66.67%，醛類12.50%，酮類8.33%，萜烯類6.25%，醇類4.17%，酸類2.08%;XYS18果實中，含有4類、48種香氣成分，酯類成分占其香氣成分種類的79.17%，醇類10.42%，醛類8.33%，酸類2.08%;榴蓮蜜果實中含有6類、32種香氣成分，酯類成分占其香氣成分種類的71.87%，醇類9.37%，酮類6.25%，醛類6.25%，萜烯類3.13%，酸類3.13%。由圖3可見，XYS17、XYS18和榴蓮蜜與馬來西亞1號果實揮發(fā)性香氣成分種類組成和含量差異較大。其中，馬來西亞1號果實揮發(fā)性香氣成分酯類含量高達95.29%，為榴蓮蜜果實揮發(fā)性香氣成分酯類含量21.88%的4倍;榴蓮蜜果實揮發(fā)性香氣成分醇類含量為54.39%，是馬來西亞1號果實揮發(fā)性香氣醇類含量0.44%的127倍，XYS17果實0.63%的86倍和XYS18果實3.96%的14倍。

2.2 ?不同基因型菠蘿蜜果實揮發(fā)性香氣成分組成分析

對不同基因型菠蘿蜜資源與66種香氣成分的PCA分析結果表明，PC1、PC2、PC3前3個限制性軸的排序特征值占總變異的91.53%，其中PC1軸解釋了43.77%的變異，PC2軸解釋了26.05%，PC3軸解釋了21.70%。由圖4和表1可見，3-甲基丁酸戊酯、乙酸丁酯、乙酸異戊酯、異戊酸丁酯、3-甲基丁酸 2-甲基丁酯等揮發(fā)性物質(zhì)與馬來西亞1號菠蘿蜜香氣特征正相關，其中3-甲基丁酸戊酯相對含量高達（35.96±1.56）%，其次為異戊酸丁酯（18.51±2.24）%和3-甲基丁酸2-甲基丁酯（11.35±0.46）%;異戊酸丁酯、3-甲基丁酸- 2-甲基丁酯、乙酸丁酯、3-甲基丁酸戊酯、乙酸

異戊酯、醋酸辛酯和癸醛等揮發(fā)性物質(zhì)與XYS17果實香氣特征正相關，其中異戊酸丁酯相對含量高達（37.87±1.37）%，其次為3-甲基丁酸-2-甲基丁-酯（18.72±0.76）%和乙酸丁酯（7.58±1.09）%。異戊酸乙酯、異戊酸丁酯、丁酸乙酯、異戊酸甲酯和正辛醛等揮發(fā)性物質(zhì)與XYS18菠蘿蜜果實香氣特征正相關，其中異戊酸乙酯相對含量高達（29.70± 2.62）%，其次為異戊酸丁酯（10.62±1.80）%和正辛醛（10.34±2.22）%;異戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基丁酸、2-甲基丁酯、異戊酸乙酯和異戊酸異戊酯與榴蓮蜜果實香氣特征正相關，其中異戊醇相對含量高達（45.96±5.86）%，其次為2-甲基-1-丁醇（7.96±1.71）%和3-甲基丁酸-2-甲基丁酯（4.84?± 1.44）%。

Bray-Curtis相似性分析表明，馬來西亞1號、XYS17、XYS18和榴蓮蜜果實香氣成分組成Bray-Curtis相似性指數(shù)為（44.15±0.18）%，香氣物質(zhì)組成差異較大。由表1可見，4種不同基因型菠蘿蜜資源果實共有香氣成分9種，異戊醇、月桂醛、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、乙酸異戊酯、異戊酸丙酯香氣成分相對含量存在極顯著差異（圖5）。其中，榴蓮蜜果實異戊醇相對含量為（45.96±5.86）%，是馬來西亞1號果實相對含量的127倍;XYS17果實3-甲基丁酸-2-甲基丁酯相對含量為（18.72±0.76）%，是馬來西亞1號果實相對含量的1.6倍;XYS18果實異戊酸乙酯、丁酸乙酯和異戊酸甲酯相對含量分別為（29.70±2.62）%、（10.16±0.60）%和（8.86±1.41）%，是馬來西亞1號的33、29和40倍。此外，香茅酸、黏蒿三烯、2，4，6-三甲基-1，3，6-庚三烯、-香柑油烯、7-十三醇、4-（羥基甲基）苯乙酮、甲基壬基甲酮、2，6，6-二甲基-1-環(huán)己烯-1-羧酸甲酯、2-甲基丁基己酸酯、乙酸香茅酯、月桂酸-叔-戊酯等11種香氣成分僅在XYS17果實中檢測到，主要以萜烯類和酯類物質(zhì)為主;正己醇、2-乙基己醇、DL-1，2-己二醇、酞酸二乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二乙酯、2-甲基丁酸乙酯和順-2-丁烯酸乙酯等8種香氣成分僅在XYS18果實中檢測到，占其香氣成分的6.27%，其中酞酸二乙酯相對含量高達（3.50±2.87）%;而松油烯、2-甲基-1-丁醇香氣成分僅在榴蓮蜜果實中檢測到，相對含量高達（1.61±0.36）%和（7.96± 1.71）%，占其香氣成分的9.97%。

3 ?討論

菠蘿蜜為典型的熱帶水果，是馬來西亞、泰國、印度、斯里蘭卡、坦桑尼亞、科特迪瓦、薩摩亞、哥斯達黎加等“一帶一路”熱帶國家主要的特色農(nóng)產(chǎn)品。香氣成分是菠蘿蜜重要的品質(zhì)指標之一。本研究以馬來西亞1號、XYS17、XYS18和榴蓮蜜種質(zhì)資源為材料，利用HS-SPME-GC/ MS技術鑒定發(fā)現(xiàn)菠蘿蜜香氣成分物質(zhì)種類主要由酯類、醛類、酮類、醇類、酸類和萜烯類化合物組成，這與賀書珍等[17]、李洪波等[16]、Maia等[15]的研究結論一致。本研究進一步發(fā)現(xiàn)，不同基因型菠蘿蜜果實香氣成分物質(zhì)種類含量Bray-Curtis相似性指數(shù)僅為（44.15±0.18）%，香氣物質(zhì)種類存在較大差異。其中，馬來西亞1號、XYS17和XYS18菠蘿蜜資源果實以酯類物質(zhì)為主，是榴蓮蜜酯類含量的4倍。而榴蓮蜜果實以醇類物質(zhì)為主，是馬來西亞1號、XYS17和XYS18醇類含量的13倍。這為不同香氣風味菠蘿蜜品種選育和產(chǎn)品開發(fā)利用提供了品種資源和技術支撐。

近年來，關于菠蘿蜜風味品質(zhì)的研究主要集中菠蘿蜜香氣成分的鑒定分析。Swords等[18]對菠蘿蜜蒸餾液鑒定發(fā)現(xiàn)，丁酸乙酯、丁酸異丁酯、異戊丁醇、丁酸甲酯、乙酸丁酯等16種酯類物質(zhì)是菠蘿蜜的主要香氣成分。Maia等[15]利用GC-MS技術對菠蘿蜜干苞和濕苞型果實進行研究，發(fā)現(xiàn)菠蘿蜜干苞型菠蘿蜜的主要香氣成分為異戊酸異戊酯（28.4%）和異戊酸丁酯（25.6%），濕苞型的主要香氣成分為異戊酸異戊酯（18.3%）、乙酸丁酯（16.5%）、異戊酸乙酯（14.4%）、異戊酸丁酯（12.9%）和乙酸2-甲基丁酯（12.0%）。Ong等[19]利用SPME-GC-TOFMS技術對馬來西亞5個不同菠蘿蜜品種香氣成分鑒定進一步發(fā)現(xiàn)，香氣風味品質(zhì)與品種資源顯著相關。王俊寧等[13]采用頂空固相微萃取和GC-MS聯(lián)用技術從9個菠蘿蜜品系中鑒定出130種香氣物質(zhì)。這些研究表明，酯類物質(zhì)構成了菠蘿蜜的風味骨架。本研究通過鑒定不同基因型菠蘿蜜種質(zhì)香氣成分多樣性發(fā)現(xiàn)，馬來西亞1號、XYS17、XYS18和榴蓮蜜香氣物質(zhì)成分存在較大差異。其中，馬來西亞1號果實香氣成分主要由3-甲基丁酸戊酯、異戊酸丁酯、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、乙酸丁酯、乙酸異戊酯、異戊酸丙酯等44種揮發(fā)性化合物組成。XYS17果實香氣成分主要由異戊酸丁酯、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、乙酸丁酯、醋酸辛酯、癸醛和3-甲巰基-2-丁酮等48種揮發(fā)性化合物組成。XYS18果實香氣成分主要由異戊酸乙酯、異戊酸丁酯、異戊酸甲酯、丁酸乙酯、酞酸二乙酯和正辛醛等48種揮發(fā)性化合物組成。而榴蓮蜜果實香氣主要由異戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基丁酸-2-甲基丁酯、異戊酸異戊酯和異戊酸乙酯等32種揮發(fā)性化合物組成。此外，榴蓮蜜果實揮發(fā)性香氣成分醇類含量高達54.39%，構成了榴蓮蜜主要的香氣風味骨架。而XYS18果實揮發(fā)性香氣成分酯類含量為80.98%，且富含醛類（12.94%）和醇類（3.96%）香氣成分，其果實具有“榴蓮和菠蘿蜜”的獨特風味。

本研究進一步發(fā)現(xiàn)，馬來西亞1號、XYS17果實香氣主要以3-甲基丁酸戊酯、異戊酸丁酯、3-甲基丁酸 2-甲基丁酯、乙酸丁酯、乙酸異戊酯、異戊酸丙酯等酯類化合物為主，而榴蓮蜜以異戊醇、2-甲基-1-丁醇等醇類化合物為主，這可能與不同基因型菠蘿蜜果實香氣物質(zhì)形成的代謝途徑有關。Hatanaka[20]研究表明，大多數(shù)酯香型和果香型植物主要是由氨基酸前體物經(jīng)轉氨作用形成支鏈酮類，一條途徑是在脫羧酶作用下生產(chǎn)醛類，然后在醇脫氫酶（ADH）的作用下生成醇類;另一條途徑是與輔酶A（CoAS）生成?；鵆oAS，在醇酰基轉移酶（AAT）作用下生成酯。因此，對不同基因型菠蘿蜜果實香氣成分的鑒定可為揭示其香氣成分形成機理提供理論依據(jù)。